机械设计基础课件

,认识机械,了解内容：1什么是机械。2机械的起源。3机械的概念。4机械的分类。5中国的机械分类。6机械在人们的生产、生活中起到的作用。7机械的发展历程。8机械在我国的发展趋势。,机械的定义,机械（英文名称：machinery）是指机器与机构的总称。机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置，像筷子、扫帚以及镊子一类的物品都可以被称为机械，他们是简单机械。而复杂机械就是由两种或两种以上的简单机械构成。通常把这些比较复杂的机械叫做机器。从结构和运动的观点来看，机构和机器并无区别，泛称为机械。实例：生产线钻床,数控车床工业自动机器人内燃机电机,机械的起源,机械，源自于希腊语之Mechine及拉丁文Machina，的音译它原指“巧妙的设计”，,机械的概念,作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为了区别与手工工具。现代中文的“机械”一词为机构为英语（Mechanism）和机器（Machine）的总称。机械的特征有：机械是一种人为的实物构件的组合。机械各部分之间具有确定的相对运动。故机器能转换机械能或完成有用的机械功，是现代机械原理中的最基本的概念。总的来讲，机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置。是人类赖以生存所不可缺少的重要组成部分。,机械的分类,机械按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械、包装机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。实例：动力机械物料搬运机械,粉碎机械农业机械矿山机械纺织机械,包装机械热力机械流体机械仿生机械,中国的机械分类,中国的机械分类有以下几种：（1）农业机械：拖拉机、播种机、收割机械等（2）重型矿山机械：冶金机械、矿山机械、起重机械、装卸机械、工矿车辆、水泥设备等（3）工程机械：叉车、铲土运输机械、压实机械、混凝土机械等（4）石化通用机械：石油钻采机械、炼油机械、化工机械、泵、风机、阀门、气体压缩机、制冷空调机械、造纸机械、印刷机械、塑料加工机械、制药机械等（5）电工机械：发电机械、变压器、高低压开关、电线电缆、蓄电池、电焊机、家用电器等,（6）机床：金属切削机床、锻压机械、铸造机械、木工机械等。（7）汽车：载货汽车、公路客车、轿车、改装汽车、摩托车等。（8）仪器仪表、电料装备、电教设备、照相机等。（9）基础机械：轴承、液压件、密封件、粉末冶金制品、标准紧固件、工业链条、齿轮、模具等。（10）包装机械：包装机、装箱机、输送机等。（11）环保机械：水污染防治设备、大气污染防治设备、固体废物处理设备等。（12）矿山机械：岩石分裂机、顶石机等。,机械在人们的生产、生活中起到的作用,机械是一种人为的执行机械运动的实物装置，是人类从事物质生产的重要手段。人类很早就利用斜面、杠杆、滑动与滚动等原理制造了机械，促进了社会生产力的提高。同时，机械自身也不断得到发展。当今，由于利用了电气、电子、核能、激光、计算机技术等，使机械得到了飞速的发展。机械广泛地应用于工农业生产、科学研究、文化教育、医疗卫生、国防建设和人们的日常生活中，并越来越多地进入人类社会的各个领域。机械不仅可以减轻人的劳动强度，提高生产率，还能完成用人力无法达到的生产要求。机械已成为社会生产力飞速发展的一个重要因素。各种机械都是机械工业部门生产的，机械工业是重要的基础工业，是国民经济发展的重要支柱工业和先导部门。没有机械工业提供智力优良、技术先进的技术装备，信息技术、新材料技术、海洋工程技术、生物工程技术以及空间技术等新技术的发展就会受到制约。所以，一个国家机械工业发展的水平，在很大程度上标志着这个国家工业生产能力和科学技术发展的水平。显然，机械工业在国民经济现代建设中占有十分重要的地位起着具足轻重的作用。,机械的发展历程,人类成为“现代人”的标志就是制造工具。石器时代的各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。几千年前，人类已创制了用于谷物脱壳和粉碎的臼和磨，用来提水的桔槔和辘轳，装有轮子的车，航行于江河的船及桨、橹、舵等。所用的动力，从人自身的体力，发展到利用畜力、水力和风力。所用材料从天然的石、木、土、皮革，发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶车，已是具有动力、传动和工作三个部分的完整机械。人类从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代，随着动力、电力等相继的出现标志着人类进入到了一个新的工业时期。工业革命以前，机械大都是木结构的，由木工用手工制成。金属(主要是铜、铁)仅用以制造仪器、锁、钟表、泵和木结构机械上的小型零件。金属加工主要靠机匠的精工细作，以达到需要的精度。蒸汽机动力装置的推广，以及随之出现的矿山、冶金、轮船、机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，越来越大，要求的精度也越来越高。应用的金属材料从铜、铁发展到以钢为主。,随着社会经济的发展，对机械产品的需求猛增。生产批量的增大和精密加工技术的进展，促进了大量生产方法的形成，如零件互换性生产、专业分工和协作、流水加工线和流水装配线等，进而使机械产业得到了更强大的发展。20世纪后半叶，有限元法和电子计算机的广泛应用，使得对复杂的机械及其零件、构件进行力、力矩、应力等的分析和计算成为可能。对于掌握有充分的实践或实验资料的机械或其元件，已经可以运用统计技术，按照要求的可靠度，科学地进行机械设计从而使得机械又向前迈进了一步。,机械在我国的发展趋势,机械是衡量一个国家国民经济建设的重要标志，在工业生产中占有举足轻重的地位。中国工程机械行业2007年的销售收入为2223亿元，位居世界工程机械行业第二位。从2001年到2007年，年均增速超过24%。出口额从1998年的2.24亿美元增长到2007年的87亿美元，10年间增长了37倍，中国的工程机械行业在全球同行中占有重要位置，产品已出口到欧美等工程机械强国，我国正在向“制造大国”和“制造强国”迈进。但是，与国际先进水平相比，中国工程机械的整体水平尚有差距，部分产品在国际主流市场上处于二、三流产品的地位；中国工程机械企业与大型工程机械跨国企业集团相比，竞争力还比较弱。在迈向工程机械制造强国的征途中，发展的形势将更严峻、面临的挑战将更大。在经济与市场的全球化、竞争的白热化以及需求的个性化与便利化、相关利益主体的多元化、科技发展高速化的今天，这就要求我们科学、准确地预测未来，快速应对，只有这样才能保持已形成的优势并赶超先进。,了解机械设计,随着机械装备的发展必然促进了机械设计的出现那么什么是机械设计呢？机械设计（machinedesign）就是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。是实现从理论阶段逐步制造出产品的第一步。,机械设计基础,第一章机械设计基础概述,学习内容:1机器及其组成。2机械设计的基本要求及一般过程。3机械零件设计的基本要求及一般方法。了解内容：本课程的内容、地位、任务、及学习方法。,1.1机器及其组成,基本内容：（1）机器的概念、机器的共同特性、机器的组成。（2）机械的概念、分类。机器的概念：零件、部件间有确定的相对运动，用来转换或利用机械能的机械称为机器。机器的共同特性：各部分有确定的相对运动。人造的实物组合体。代替或减轻人类劳动，完成有用功、实现能量的转换或进行信息处理。,机器的组成机器的种类繁多，其结构形式和用途各不相同。按运动的确定性及功能关系来分析机器，一部完整的机器主要有下面四个部分：工作机部分：它是整个机械传动路线的终端是直接完成工作任务的部分其作用是利用机械能做用用的机械功。原动机部分：它是机器的动力来源，其作用是将其他形式的能量转换成机械能。如电动机、内燃机等传动部分：它是介于原动机和工作机之间，用来完成运动和动力参数转换的部分。其作用是把原动机的运动和动力传递给工作机。（4）控制部分：是控制机器的组成部分，它可以使操作者随时实现或终止机器的各种预定功能。现代机器控制系统包括机械控制系统和电子控制系统两部分，起到监测、信号拾取、调节和计算机控制等的作用。,机械的概念机械是机器和机构的总称。机械的分类机械可分为动力机械、能量变换机械、工作机械动力机械是指将一种机械能或非机械能转换成另一种机械能的机械如风力机、电动机等。能量变换机械是指将机械能转变成非机械能的装备或器具如液压泵，发电机等。工作机械是指利用人、畜或动力机械所提供的机械能来改变工作对象的物理状态、性质、结构、形状、或位置等的机械。如粉碎机等。,1.2机械设计的基本要求及一般过程。,基本内容机械设计包括以下两种设计:1、应用新技术、新方法开发创造新机械；2、在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。机械设计的基本要求功能性要求：即设计的机械应在规定的条件下、规定的寿命期限内，有效地实现预期的全部职能。安全性要求：要设置完善可靠的防护装置确保人身安全与设备安全，还要有利于环境保护。结构工艺性要求：在一定的生产条件下，采用合理的结构，以便于制造、装配、和维护并尽可能采用标准零部件。,经济性要求：机械设计应当合理选用原材料确定适当的精度要求，缩短设计和制造的周期。其他方面的要求：如可靠性等的要求。机械设计的一般过程机械设计过程的几个阶段：（1）规划设计:主要是在明确设计任务的基础上，广泛开展市场调查进行可行性分析，下达技术任务书。（2）方案设计：由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。（3）技术设计：是将功能原理方案具体化，成为机器及其零部件的合理结构。（4）施工设计：施工设计工作包括编制设计说明书、标准件、外购件明细表等文件，绘制零件工作图、部件装配图以及总装配图，以进行零部件的设计。（5）改进设计：根据设计任务书的各项要求制作出样机，并对样机进行测试，用以发现产品在设计、制造、装配、运行中的问题进行细化分析。,1.3机械零件设计的基本要求及一般方法,主要内容：机械零件设计的基本要求机械零件时组成机器的制造单元，所以设计机械零件时要从机器的整体出发，对该零件提出具体的要求，基本要求如下：工作可靠，在规定的使用寿命内不失效。尺寸小，重量轻。结构工艺好，即在既定的生产条件下，能方便经济的制造出来，并便于装配。有较好的经济性,机械零件设计的基本方法目前常用的机械零件设计方法包括以下四种：1理论设计:理论设计是根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。可分为设计计算、校核计算两种。2经验设计：适用于使用要求变动不大而结构形状以典型化的零件。从归纳出的经验公式和数据或采用类比的方法所进行的设计。3模型实验设计：是指把初步设计的零部件或者机器根据理论做成模型或小尺寸样机经过试验考核性能，取得必要的数据，然后根据所取得的参数对初步设计进行修改使其达到预期效果。4计算机辅助设计：是指利用计算机及配套设备和相应的设计计算程序，辅助设计人员进行工程和零部件的设计过程，称为计算机辅助设计。,本课程的内容、地位、任务、及学习方法。,本课程的地位和作用：本课程是一门技术基础课，是学习专业课程和从事产品设计的必备基础。本课程的作用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法，使学生具备一般机械设备的维护、改进和设计能力。本课程的研究内容：本课程主要研究的内容有以下三个方面：（1）常用机构的特点、工作原理、基本设计理论和设计方法等。（2)常用机械的特点、传动原理、运用、维护、标准和规范等。（3）通用零件工作特点、类型、构造、选用原则和设计方法等。,本课程的任务、通过对本课程的学习应掌握机械设计的基础知识、基本理论和基本方法，从而得到设计技能的基本训练，为今后从事设计和研究工作打下基础。具体任务有以下几点：（1）树立正确的设计观念，具有一定的的创新意识。（2）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的特点、应用、工作原理、结构、和标准。（3）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。（4）掌握常用结构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，基本正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力。（5）具有运用标准、规范、手册及其他有关技术资料的能力、计算能力和绘图能力。,本课程的学习方法：本课程是一门技术基础课，具有较强的理论性和实践性，是从理论性可系统性能都很强的基础课向实践性很强的专业课过度的转折点。学习本课程主要有以下几种方法：（1）学会综合运用知识。（2)弄清设计原理和设计公式的应用条件及公式中各量之间的相互关系。（3）学会总结归纳。（4）注意单个机构、零件的设计与机器总体设计之间的关系。(5)重视培养结构设计能力。（6）学会创新,习题,1简述机器概念及其特征。2从运动的确定性及功能关系来分析机器，一部完整的机器有那几部分组成？3简述机器的概念及其分类。4本课程的研究的内容有哪些?5本课程在技术基础课占有怎样的地位？6学习本课程应掌握那些学习方法以及学习本课程的任务有哪些？7简述机械设计的基本要求、一般过程以及设计机械零件时应满足那些基本要求？8简述机械零件设计的一般方法。,第二章平面机构运动简图及自由度,学习内容：1平面机构的组成及运动副。构件与机构的定义2平面机构的组成，运动副的定义、运动副分为哪些类型以及各自的定义。3平面机构运动简图的定义及绘制简图的方法。4平面机构具有确定运动的条件、自由度定义、自由度计算公式。,2.1平面机构的组成及运动副,构件在机构学、结构学中的定义构件在机构学中是指组成机构的、彼此间具有确定的相对运动关系的基本单元。如凸轮、从动杆、机架等。构件在结构中是指结构物种的计算或制造单元，他们是固定在一起的彼此间除由于应变存在微量为意外，没有相对运动。如横梁和拉杆等。机构的定义由两个以上的构件通过互动连接实现规定运动的组合件称为机构。构件是机构中的运动单元。机械中常用的机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机构。,连杆机构间歇运动机构,平面机构的组成构件一般由以下3部分组成：（1）固定件（机架）用于支撑活动的构件研究机构运动时，常作为参考坐标系。（2）原动件：是指运动规律已知的活动构件，它的运动规律是由外界给定的故又称为输入构件（3）从动件：是指机构中随原动件而运动的其他活动构件，其运动规律取决于原动件的运动规律和机构的组成情况。其中输出机构为预期运动的从动件称为输出件，其他从动件则其传递运动的作用。备注任何一部机器都存在机架（固定件），一个或者几个原动件。,运动副运动副的定义：为了十多个构件组成一个系统后互相之间具有确定的运动，构件与构件需要一种既有直接接触又有相对运动的连接，这种连接称为运动副。根据两构件之间的接触情况运动副可以分为低副和高副两种类型。低副低副的定义：是指两构件之间为面接触的运动副。按两机构件之间相对运动特征，低副又可以分为转动副、移动副、螺旋副三种。转动副移动副螺旋副,高副高副的定义是指两个构件之间为点或者线接触的运动副。按接触形式的不同高夫分为滚动轮接触、凸轮接触、齿轮接触三种滚动轮接触齿轮接触凸轮接触,备注：连个以上构件通过运动副连接而成的系统称为系统链。运动链可以分为闭式运动链、开式运动链两种。闭式运动链开式运动链,高副以及低副的优缺点高副优点：高副承受载荷时的单位面积压力较大，但能传递较复杂的运动。缺点：制造和维修困难。低副优点：低副承受载荷时的单位面积压力较小故耐用，传力性能好。从而使得低副不能传递较复杂的运动。缺点：低副是滑动摩擦损失较大因而效率低。,2.3平面机构运动简图的定义及绘制简图的方法,平面运动简图的定义表示机构各构件之间相对运动的简化图形称为运动简图。平面运动简图的作用：平面运动简图是用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。绘制运动简图的方法：绘制机构运动简图时，要用简单的线条表示构件，用规定的符号表示运动副。为了反映机构的真实运动，代表转动副的小圆，其圆心必须与相对回转中心重合；代表移动副的滑块，其导路方向必须与相对移动方向一致；如两构件组成高副，应画出两构件接触处的轮廓曲线；应特别注意合理选择视图平面，并确定一个瞬时的机构位置，通常选取平行于机构的运动平面为视图平面，必要时还可以再补充辅助视图；一个机构运动简图一般只表示出一个瞬时的机构位置，如无特殊指明某一位置要求，则应选择各构件不相互重叠的机构位置，以使图面简单清晰。,部分常用机构运动简图符号（GB4460-84)机械制图机构运动简图符号,绘制运动简图的步骤,绘制机构运动简图的一般步骤：1找出机架、原动件与从动件。2从原始件开始，按照运动的传递顺序，分析个构件之间相对运动的性质，确定活动构件数目。3运动副的类型和数目。4合理选择视图平面。5选择合适的比例尺、6用规定符号绘制机构运动简图。7各转动中心标注大写的英文字母，各构件标注阿拉伯字母，机构的原动件以箭头标明其运动方向。一般长度比例尺用表示，在机械设计中规定,机构运动简图示例,以颚式碎矿机。当曲轴2绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复摆动，从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石7轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图解：（1）运动分析右图所示此碎矿机由原动件曲轴2（构件1为固装于曲轴2上的飞轮）、动颚板3、摆杆4、机架5等4个构件组成，固定颚板6是固定安装在机架上的。,曲轴2于机架5在O点构成转动副（即飞轮的回转中心）；曲轴2与动颚板3也构成转动副，其轴心在A点（即动颚板绕曲轴的回转几何中心）；摆杆4分别与动颚板3和机架5在B、C两点构成转动副。其运动传递为：电机皮带曲轴动颚板摆杆所以，其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件3、机架5共同构成曲柄摇杆机构。（2）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定O、A、B、C四个转动副的位置，即可绘制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向。由图可以看出，O、C在同一垂直线上。量取OA=3mm，AB=25mm，BC=14mm，OC=22mm,2.4平面机构具有确定运动的条件,机构的自由度定义：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。任何一个构件在空间自由运动时皆有6个自由度。它可以表示为在直角坐标系内沿着3个坐标轴的移动和绕3个坐标轴的转动，一个做平面运动的自由构件具有三个自由度因此平面机构每个活动构件，在未用运动副连接之前，都有3个自由度如图（11）所示沿轴和轴移动，以及在平面内的转动。当两个构件组成运动副之后，它们的相对运动就受到约束，使得某些独立的相对运动受到限制。对独立的相对运动的限制，称为约束。约束增多，自由度就相应减少。由于不同种类的运动副引入的约束不同，所以保留的自由度不同。,低副的分类及各个副的自由度,低副又分移动副回转副移动副：如图（2-2）所示约束了沿轴方向的移动和平面内转动两个自由度，只保留了另一个轴方向移动的自由度。回转副：如图（3-3）所示约束了沿两个轴移动的自由度，只保留一个转动的自由度。2-23-3,通过分析我们可得出：在平面机构中，每个低副引入两个约束，使得机构失去连个自由度高副如图（4-4)所示，高副只约束了沿结处公法线方向移动的自由度，保留绕接触处的转动和沿接触公切线方向移动的两个自由度。4-4通过分析我们得出：在平面机构中，每个高副引入一个约束，使机构失去一个自由度。,自由度计算公式：F=3n-2PLPH其中F为自由度数。3n为自由度总数。Pl为低副PH为高副。,机构具有确定运动的条件,机构具有确定运动的条件是机构自由度必须大于零，且原动件数与其自由度必须相等。既机构有多少个自由度，就应该给机构多少个原动件备注：机构原动件的数目N必须等于机构自由度的数目F。如果FN，则机构运动不确定；如果FN，则机构不能运动。在进行平面机构的结构分析时，有时会遇到这样的问题，即所设计或分析的机构，经过计算，其自由度数F0。显然，该构件组合不能运动，故也不能称其为机构。在计算平面机构自由度时应注意的事项1复合铰链。如果m个构件在一处组成铰链，则该处的转动副数目应为(m1)个。应注意复合铰链是指两个以上构件同时在一处用转动副相连，而不应仅仅根据若干构件汇交来判断。见图5-5，铰链C处构件2、3、4构成复合铰链，C处要按两个转动副计算；而铰链E处虽有4、5、6三个构件汇交，其中构件5、6构成移动副，构件构件4、5构成的是转动副，因此E处三个构件构成一个移动副和一个转动副，不存在复合铰链。,a),c),5-5,b),2局部自由度(图6-6)。与整个机构运动无关的自由度即为局部自由度，在计算机构自由度时应除去不计。在平面机构中，局部自由度主要出现在有滚子的场合，见图2-4c处，滚子绕其回转中心的运动是局部自由度，为了防止误判构件数和运动副数，建议将滚子与安装件假设焊在一起，计算时要将滚子与构件2作为一个构件来处理。,3虚约束。虚约束的判别是本章的难点。我们知道，在机构中，当两构件构成运动副时，将引入约束来限制两构件间的相对运动。但是，有的运动副所引入的某些约束，可能与其他约束重复，即这些约束对机构运动的限制与其他约束对机构运动的限制重复，因而对机构的运动实际上起不到约束作用，这样的约束称为“虚约束”。在计算机构自由度时，应将虚约束除去不计。虚约束比较复杂，故只要求理解和熟悉以下几种场合中的虚约束。,a)由两构件组成多个导路平行的移动副而产生的虚约束，见图7-7H、G处，这种虚约束出现的情况最多，应引起足够的重视。b)由两构件组成多个轴线重合的转动副而出现的虚约束，见教材图2-14，齿轮轴2由机架1上的两个轴承支承，在计算自由度时，应按一个转动副计算。d)在平行四边形机构中加入一个与某边平行且相等的构件，造成轨迹重合而产生的虚约束，见图8-8构件5引入的运动副为虚约束，计算机构的自由度时要将构件5及运动副都除去不计。此时n=3，PL=4，PH=0，故机构的自由度数为F=3n2PLPH=33240=1比较复杂的轨迹重合，可查询有关资料。,典型实例分析,例1图9-9为简易冲床设计方案，画结构简图并分析其能否运动，设法改正错误。,图9-9,解：由图10-10a得n=3，PL=4，PH=1。机构自由度为F=3n2PLPH=33241=0计算结果表明：该构件组合不能运动，原方案需要按以下方法修改。(1)在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副；(2)在机构的适当位置用一个高副代替一个低副。按(1)、(2)修改后的机构能满足工作的要求，其运动简图见图2-9b、c、d，它们的机构自由度数F均为1，即当机构具有一个原动件时，该机构具有确定的运动。,例2计算图11-11中牛头刨床传动机构的自由度。解：n=6，PL=8，PH=1。F=3n-2PL-PH=36-28-1=1即该机构只有一个自由度，与原动件数相同（齿轮3为原动件）。所以,满足机构具有确定运动的条件。,图11-11,例3.已知一机构如图12-12所示，求其自由度。,图12-12,解：1.A、B、C、D处为复合铰链2.n=7PL=10PH=0F=3n-2PL-PH=37-210-0=1即该机构只有一个自由度，与原动件数相同（杆8为原动件）。所以,满足机构具有确定运动的条件。,例题4已知一机构如图13-13所示，求其自由度。,解：n=4PL=6PH=0F=3n-2PL-PH=34-26-0=0即该机构自由度为0，它的各构件之间不能产生相对运动。,例5计算图14-14所示大筛机构的自由度。,解：E或E为虚约束C为复合铰链F为局部自由度n=7PL=9PH=1F=3n-2PL-PH=37-29-1=2即该机构自由度为2，具有两个原动件，即杆AB、凸轮O。,例6图15-15为电动铰车上的周转轮系传动机构。试分别计算闸瓦K制动和未制动时机构的自由度。,解：(1)当闸瓦K未制动时，机构中的活动构件有齿轮1、2、3及转臂H，A、B、C三处为转动副，其中B处有复合铰链，D、E两处为高副。即n=4，PL=4，PH=2故该机构的自由度为F=3n2PLPH=34242=2计算表明，机构有两个自由度。这种具有两个自由度的周转轮系称为差动轮系。机构为获得确定的相对运动，需要给定两个原动件。(2)当闸瓦K制动时，齿轮3成为机架，此时n=3，PL=3，PH=2，则F=3n2PLPH=33232=1此时周转轮系具有一个自由度。这种具有一个自由度的周转轮系称为行星轮系。只要给定一个原动件，该机构就具有确定的相对运动,平面常用运动副及其特性表,本章总结,(1)熟悉构件自由度、约束和运动副的概念，掌握各种平面运动副和高副的一般表示方法。能搞懂教材中的机构运动简图，通过实践初步掌握将实际机构绘制成机构运动简图的技能。(2)能识别平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，会运用公式计算平面机构的自由度并判断其运动是否确定。,第三章平面四杆机构,主要学习内容：(1)铰链四杆机构的基本型式(2)铰链四杆机构的运动特性；(3)铰链四杆机构的曲柄存在条件；(4)铰链四杆机构的演化；(5)平面四杆机构的设计与计算；,学习要求(1)掌握铰链四杆机构的基本型式、应用和演化；(2)熟悉曲柄存在的条件、压力角、传动角、死点位置、极限位置、极位夹角、行程速比系数等基本概念，并能绘图表示；(3)了解四杆机构设计的基本问题，掌握设计平面四杆机构的基本方法。,本章重点难点,重点铰链四杆机构的传动特性和曲柄存在条件；平面四杆机构的设计。难点四杆机构的基本型式及其演化、铰链四杆机构的传动特性、曲柄存在条件和图解法设计平面四杆机构。,3.1平面连杆机构的定义,若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的机构称作连杆机构。连杆机构中各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。特点：由多个刚性构件用低副（转动副和移动副）连接组成的机构。,在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。,铰链四杆机构的定义及分类,铰链四杆机构的概念：在平面四杆机构中如果所有的低副都是转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。铰链四连杆机构的分类根据两连架杆运动形式的不同铰链四连杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构,曲柄摇杆机构,定义：曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。实例：雷达调整机构缝纫机踏板机构当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，如图中的雷达天线机构；反之，当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如图所示的缝纫机踏板。,雷达调整机构,缝纫机踏板机构,曲柄摇杆机构的特性,一般多以曲柄为主动件且做等速转动，摇杆为从动件做往复摆动,双曲柄机构,定义：双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构。可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动，如图所示的惯性筛驱动机构机构相对两杆平行且相等时，则成为平行四边形机构，如图所示。备注：平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。可以在机构中添加飞轮或使用两组相同机构错位排列。,双曲柄机构的特性,两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终做平动,双摇杆机构,定义：两连架杆都是摇杆的机构，如图所示的鹤式起重机构，保证货物水平移动。,3.2铰链四杆机构的运动特性,急回运动性质和行程速比系数如图所示为曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件并作等速回转时，从动摇杆作往复变速摆动，具有急回运动的性质。用行程速比系数K来表示急回运动的相对程度，即,则公式表达为：,在图中，为极位夹角(当曲柄与连杆两次共线时，曲柄所夹的锐角)；为摆角(摇杆在两极限位置间的夹角)。上式表明，曲柄摇杆机构有无急回运动性质，取决于有无极位夹角。对于一个机构，若=0，K=1，则该机构没有急回运动性质；若0，K1，则该机构具有急回运动性质，且角越大，K值越大，急回运动性质也越显著。,压力角与传动角,压力角：从动件所受的压力F与受力点绝对速度方向线vc之间所夹的锐角称为压力角。压力角可作为判断一个连杆机构是否具有良好传力性能的标志。传动角：连杆和从动摇杆之间所夹的锐角称为传动角，传动角是压力角的余角，即=90o。由于是用锐角表示的，当BCD为锐角时，=BCD，BCD的最小值即为min；但当BCD为钝角时，传动角就应当以=180oBCD表示，BCD的最大值也对应于min。曲柄摇杆机构的最小传动角min可能出现在曲柄与机架两次共线处，,压力角与传动角的关系,压力角越